基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元

1.本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元。


背景技术：

2.近年来，随着5g时代的到来，无线通信技术的快速发展，对基站天线性能的要求也在不断提高。其主要体现在两个方面。第一，基站天线需要能有效的减少传播过程中信号衰减，增强信号的可靠性，减少干扰。因此，双极化天线由于能够同时发射两个极化正交的电磁波信号，有着较强的信号传输和抗干扰能力，而被广泛应用。第二，基站天线需有着较小的体积，来降低制造的成本，节省安装空间，以及减少安装后的风阻。但是，目前的基站天线实现双极化的方式通常是采用四对金属辐射臂进行环性排布的方式，而导致其体积偏大，无法较好的满足上述要求。
3.结合目前基站天线应用的需求，同时考虑到已存在的双极化基站天线的体积较大的问题，可以看出，双极化天线在小型化上仍有进一步的改进空间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，通过共享偶极子臂的设计，将四对金属辐射臂减少为两对金属辐射臂。天线元件工作在0.69ghz~0.96ghz频段，其孔径可缩小至120mm
×
120mm（0.33λ
×
0.33λ，λ为在天线中心频率对应的波长），在很大程度上弥补了现有同类天线普遍存在的结构尺寸大的缺陷。
5.为实现本发明目的，本发明提出的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于包括：反射板、设置于反射板上方的金属底座和分别通过金属支撑件支撑于金属底座上方的四个呈正方形间隔排布的四个金属辐射臂，四个金属辐射臂依次为第一、第二 、第三、第四金属辐射臂，相邻金属辐射臂之间通过金属馈电连接片相连，第一金属辐射臂和第三金属辐射臂两端与金属馈电连接片导电连接，第二金属辐射臂和第四金属辐射臂的两端通过同轴电缆与对应的金属馈电连接片相连；所述同轴电缆由内至外依次包括内导体、介质层和外导体，同轴电缆的外导体与第二金属辐射臂、第四金属辐射臂导电连接，同轴电缆的内导体与金属馈电连接片导电连接。
6.当第一金属辐射臂与第四金属辐射臂组合为一对辐射振子、第二金属辐射臂与第三金属辐射臂组合为一对辐射振子时，天线的极化方向为 45度；当第一金属辐射臂与第二金属辐射臂组合为一对辐射振子、第三金属辐射臂与第四金属辐射臂组合为一对辐射振子时，天线的极化方向为-45度。
7.可见，本发明与需要四对偶极子臂来实现双极化的传统碗状基站天线相比，本发明仅需要两对偶极子臂即可实现天线双极化。本发明通过共享偶极子臂的设计，在保证天线性能的同时，实现了双极化基站天线单元的小型化，结构简单，易于安装，解决了现有双
极化基站天线尺寸过大的问题。
附图说明
8.图1为本发明实施例的结构示意图。
9.图2为本发明实施例的共享偶极子臂结构示意图。
10.图3为本发明实施例的俯视图。
11.图4为本发明实施例的仰视图。
12.图5为本发明实施例的侧视图。
13.图6为本发明实施例的s
11
以及s
12
曲线图。
14.图7为本发明实施例的增益图。
15.图8为本发明实施例在800mhz频点处的方向图。
16.图9为本发明实施例在900mhz频点处的方向图。
17.附图中，1-反射板；2-金属底座；3-金属馈电连接片；4-金属支撑件；5-金属辐射臂；6-同轴电缆；7-同轴电缆焊接槽。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
19.如图1，本发明提供一种基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，包含反射板1，金属底座2和四对金属支撑件4，金属支撑件4安装在金属底座2上，每个金属支撑件4顶端连接有金属辐射臂5。金属底座2为方形环状结构。金属支撑件4与金属底座2成45度夹角。每对金属支撑件4具有两根金属支撑件4，金属辐射臂5则固定于金属支撑件4之间。四个金属辐射臂5呈正方形间隔排布，四个金属辐射臂5分别为第一金属辐射臂51、第二金属辐射臂52、第三金属辐射臂53、第四金属辐射臂54。
20.每对金属支撑件4顶端的两个金属辐射臂5之间通过金属馈电连接片3相连。具体的，本实施例中，用于固定第二金属辐射臂52和第四金属辐射臂54的金属支撑件4上端设置同轴电缆焊接槽7，同轴电缆6的外导体焊接固定于同轴电缆焊接槽7，同轴电缆6的内导体与金属馈电连接片3的第一端焊接，金属馈电连接片3的第二端则与相邻金属辐射臂5（第一金属辐射臂51和第三金属辐射臂53）导电连接。具体的，金属馈电连接片3的第二端则焊接在用于固定相邻金属辐射臂5（第一金属辐射臂51和第三金属辐射臂53）的金属支撑件4上表面伸出的焊接端子。同轴电缆6的内导体延伸并焊接到金属馈电连接片3上，通过连接片连接到相邻的另一个金属辐射臂5上，实现馈电。
21.金属辐射臂5与反射板1垂直，每两个相邻金属辐射臂5互相呈90度；每对金属支撑件4共享一个金属辐射臂5。四对金属辐射臂5在反射板1上的投影为正方形。金属辐射臂5、金属底座2和金属支撑件4构成碗状。
22.如图3和图4，端口1和端口3差分馈电，第一金属辐射臂51与第二金属辐射臂52组成的半波偶极子，第三金属辐射臂53与第四金属辐射臂54组成的半波偶极子，实现-45度极化工作。端口2和端口4差分馈电，第一金属辐射臂51与第四金属辐射臂54组成的半波偶极子、第二金属辐射臂52与第三金属辐射臂53组成的半波偶极子，实现 45度极化工作。
23.本实施例天线单元工作在0.69ghz~0.96ghz频段，其平面尺寸仅为120mm
×
120mm
（0.33λ
×
0.33λ，λ为在天线中心频率对应的波长），小型化的优势明显。
24.图6、图7展示了本发明实施例的回波损耗、隔离度和增益。结果表明，该天线的工作带宽为0.69ghz~0.96ghz，相对带宽为35.7%，回波损耗小于-15db，隔离度大于27db，增益约为9dbi。
25.图8和图9展示了本发明在0.8ghz和0.9ghz处的辐射方向图。结果表明，该天线的3db波束宽度为69
°ꢀ±ꢀ2°
，在工作频带内的具有非常稳定的辐射方向图。
26.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。


技术特征：
1.一种基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于包括：反射板（1）、设置于反射板（1）上方的金属底座（2）和分别通过金属支撑件（4）支撑于金属底座（2）上方的四个呈正方形间隔排布的四个金属辐射臂（5），四个金属辐射臂（5）依次为第一、第二 、第三、第四金属辐射臂（51、52、53、54），相邻金属辐射臂（5）之间通过金属馈电连接片（3）相连，第一金属辐射臂（51）和第三金属辐射臂（53）两端与金属馈电连接片（3）导电连接，第二金属辐射臂（52）和第四金属辐射臂（54）的两端通过同轴电缆（6）与对应的金属馈电连接片（3）相连；所述同轴电缆由内至外依次包括内导体、介质层和外导体，同轴电缆（6）的外导体与第二金属辐射臂（52）、第四金属辐射臂（54）导电连接，同轴电缆（6）的内导体与金属馈电连接片（3）导电连接。2.根据权利要求1所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：当第一金属辐射臂（51）与第四金属辐射臂（54）组合为一对辐射振子、第二金属辐射臂（52）与第三金属辐射臂（53）组合为一对辐射振子时，天线的极化方向为 45度；当第一金属辐射臂（51）与第二金属辐射臂（52）组合为一对辐射振子、第三金属辐射臂（53）与第四金属辐射臂（54）组合为一对辐射振子时，天线的极化方向为-45度。3.根据权利要求1所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：所述金属底座（2）为方形环状结构。4.根据权利要求1所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：所述金属支撑件（4）一共有四对，每对金属支撑件（4）具有两根金属支撑件（4），所述金属辐射臂（5）固定于金属支撑件（4）之间。5.根据权利要求4所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：所述金属支撑件（4）与金属底座（2）成45度夹角。6.根据权利要求4所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：用于固定所述第二金属辐射臂（52）和第四金属辐射臂（54）的金属支撑件（4）上端设置同轴电缆焊接槽（7），所述同轴电缆（6）的外导体与同轴电缆焊接槽（7）焊接固定，金属馈电连接片（3）与同轴电缆（6）的内导体焊接。7.根据权利要求1所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：所述金属辐射臂（5）与反射板（1）的距离为1/4个中心频率波长。8.根据权利要求1所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，其特征在于：所述金属底座（2）、金属支撑件（4）和金属辐射臂（5）为一体化压铸成型。9.一种天线，其特征在于：包括如权利要求1至7所述的基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元。

技术总结
本发明提供一种基于共享偶极子臂的小型化碗状基站天线单元，包含反射板、金属底座、四对金属支撑件和四条金属辐射臂，每对金属支撑件顶端设有相应的金属辐射臂；相邻的金属辐射臂之间设有金属馈电连接片，金属辐射臂的末端有同轴电缆焊接槽，馈电同轴线缆的外导体与同轴电缆焊接槽焊接，馈电同轴电缆内导体焊接到金属馈电连接片上，通过金属连接片与相邻的金属辐射臂连接。该四条金属辐射臂可进行两两组合，以实现振子臂的结构复用，可分别实现天线的 45度极化和-45度极化。本发明通过共享偶极子臂的设计，在保证天线性能的同时，实现了双极化基站天线单元的小型化，结构简单，易于安装，解决了现有双极化基站天线尺寸过大的问题。题。题。


技术研发人员：陈建新 杨珺尧 丁鑫浩 杨汶汶
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2022/11/29